CN110429170A - 一种用紫外光固化的芯片器件封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用紫外光固化的芯片器件封装工艺，包括如下步骤：S1.将紫外固化胶在室温下搅拌混合均匀后进行抽真空除气泡，形成均匀稳定的紫外固化胶；S2.将紫外固化胶均匀涂敷在封装基板和芯片表面，紫外固化胶对芯片形成包覆结构且与封装基板和芯片接触良好；S3.将所需波长的近紫外光均匀的照射在紫外固化胶表面，待紫外固化胶反应完全固化后移除近紫外光，完成紫外光固化封装工艺。本发明采用MTQ硅树脂、含有巯基的MTQ硅树脂、含有苯基的MTQ硅树脂和光引发剂制备紫外固化胶，极大地提高了紫外固化胶对芯片封装的密封性以及透明稳定性。本发明所述封装工艺成本低廉且高效快速，具有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于芯片器件封装技术领域，主要涉及一种用紫外光固化的芯片器件封装工艺。
背景技术
封装工艺在电子器件生产制造过程中至关重要，其中所用的封装材料，除了对器件具有如防水，防氧化，防虫蛀等保护的作用外，对器件的性能提高也具有一定的作用。
在光电子器件中，利用透镜封装一方面可以保护芯片，另一方面还能提升光萃取效率。用于制作透镜的封装材料通常为环氧树脂或硅树脂，这类热固化材料需要在一定的温度下，加热烘烤几十分钟才能完全成型。对某些不耐温的器件，较长时间的高温烘烤环境对器件会造成一定的损伤。比如发明专利授权号CN105906955B公布了一种透明环氧聚异丁烯灌封料，加热固化操作为120-150℃分段固化，其中在120℃固化时间不少于90min，在150℃固化60min以下。发明专利授权号CN106848036B，实用新型专利授权号CN206116449U，CN206236702U公布的几种新型LED封装结构及其封装方法中，均采用热固硅胶或热固树脂作为LED透镜的制作材料。这类热固化材料在封装工艺实施过程中，存在着耗时、耗能、器件初始损伤较大等缺点，增加了生产成本和降低了社会效益。
在紫外光固化材料的应用中，发明专利公开号CN108913083A公布了一种可剥离的光固化粘结剂，其在UVA波段150mW/cm2光能量密度下，光固化需要正反面各1分钟，然而其在较高温度下容易软化脱落，并不适合应用于器件的封装。发明专利公开号CN109652001A公布了一种高透明、低雾度的UV固化胶，以聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯为主体材料，提供了一种固化后附着力强，透明度高的粘结剂，然而其并未应用于器件封装工艺，对器件封装工艺的影响尚未可知。实用新型专利授权号CN202395028U公布了一种光固化的LED封装结构，在室温下将掺有光阻剂的硅胶用于紫外光固化封装，然而其光固化所需时间仍为数分钟，难以对透镜的形貌和所掺荧光粉的分布进行控制。
因此，研究一种利用新型的封装材料，对现有封装工艺进行改进，实现一种成本低廉且高效快速的封装工艺，具有显著的经济效益。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用新型的紫外光固化材料和改进封装方法，得到一种用紫外光固化来进行器件封装的工艺。本发明在器件封装过程中具有能耗低，快速高效封装的优点。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种用紫外光固化的芯片器件封装工艺，包括如下步骤：
S1.将紫外固化胶的原料在室温下搅拌混合均匀后进行抽真空除气泡，形成均匀稳定的紫外固化胶；
S2.将紫外固化胶均匀涂敷在封装基板和芯片表面，紫外固化胶对芯片形成包覆结构且与封装基板和芯片接触良好；
S3.将所需波长的近紫外光均匀的照射在紫外固化胶表面，待紫外固化胶反应完全固化后移除近紫外光，完成紫外光固化封装工艺。
具体地，所述紫外固化胶原料为MTQ硅树脂、含有巯基的MTQ硅树脂、含有苯基的MTQ硅树脂和光引发剂；所述MTQ硅树脂是指由单官能团Si-O单元与三官能团Si-O单元和四官能团Si-O单元聚合形成的一种有机硅树脂；所述快速固化所需时间为30s以内。
本发明用紫外光固化的芯片器件封装工艺，不同于热固化封装，固化时间短且不用加热，可明显提高封装效率，降低能；所述紫外固化胶原料混合除气泡后经紫外光照射，能够形成稳定均匀透明的固化胶，极大地提高了紫外固化胶对芯片封装的密封性以及透明稳定性。
优选地，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮和苯偶酰双甲醚。其中1-羟基环己基苯基甲酮为商用光引发剂184，苯偶酰双甲醚为商用光引发剂651，均可由市面购买。
优选地，S3具体操作为将398nm的近紫外光均匀的照射在紫外固化胶表面，胶体表面能量密度为68mW/cm2，室温下照射15-20s后移除近紫外光。
具体地，所述紫外固化胶为一类在近紫外光照射下，常温时能发生一系列复杂化合反应的化工材料组合，其反应结束后能形成高透明的固态胶体材料，且与封装基板和芯片具有很好的粘附性。
优选地，所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺制备得到的器件，器件的结构从下往上依次为封装基板、芯片、紫外固化胶，封装基板与紫外固化胶共同对芯片形成包覆结构。
具体地，所述芯片器件的结构中，封装基板的上表面与芯片下表面通过固晶工艺紧密接触，芯片的上表面和侧面，与紫外固化胶紧密接触且在接触面不存在气泡。
进一步优选地，所述封装基板的上表面与芯片通过焊锡膏焊接，实现固晶。
优选地，所述器件的结构中，对封装基板尺寸、几何形状和材质不做要求，对芯片的尺寸、几何形状、芯片结构、封装方式、性能等不做要求，芯片为光电子器件芯片，封装基板与紫外固化胶共同对芯片形成包覆结构。
优选地，所述紫外固化胶的化工材料组合中，适量添加如光引发剂、抗氧阻聚剂等一系列添加剂，可使化合反应过程速率更快、胶体表干性更好等，符合此类特征的紫外光固化添加剂在封装工艺上的应用，均在本发明权利要求的保护范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明针对传统封装透镜的制作工艺，利用新型封装材料，对封装工艺进行了改进。其中紫外固化胶的使用，改变了传统热固胶在透镜制作工艺中“配胶-热烘”的热固化模式。应用紫外固化胶的“配胶-光照”的紫外光固化模式，相比热固化模式，固化时间大为缩短，使得器件封装在生产制造过程中，极大地提高了封装效率，减少了能耗。
2.本发明以紫外光固化技术对器件的封装，采用MTQ硅树脂、含有巯基的MTQ硅树脂、含有苯基的MTQ硅树脂和光引发剂制备紫外固化胶，极大地提高了紫外固化胶对芯片封装的密封性以及透明稳定性。
附图说明
图1是本发明用紫外光固化的器件封装工艺中的倒装LED器件结构剖面示意图；
图2是本发明用紫外光固化的器件封装工艺中，实施例1所封装器件的光谱图和相对光功率图；
图3是本发明用紫外光固化的器件封装工艺中，实施例2所封装器件的光谱图和相对光功率图。
图4是本发明用紫外光固化的器件封装工艺中，实施例3所封装器件的光谱图和相对光功率图。
附图中的标记为：1-封装基板，2-芯片，3-紫外固化胶，11-焊锡膏，12-封装基板绝缘区，21-芯片电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
实施例1:
如图1所示，用紫外光固化的器件封装工艺，所封装器件的结构从下往上依次设置为封装基板1、芯片2、紫外固化胶3，其中紫外固化胶3在室温下经近紫外光照射后能迅速固化成型，成为一种对芯片2的保护结构。封装基板1的上表面与芯片2的电极21通过焊锡膏11焊接，实现固晶，芯片2的上表面和侧面与均匀混合后的紫外固化胶3紧密接触且在接触面不存在气泡。
所述器件的结构中，对封装基板1的尺寸、几何形状和材质不做要求，根据实际应用条件可在芯片2的电极21间设置绝缘区12，对芯片2的尺寸、几何形状不做要求，芯片2为光电子器件芯片，封装基板1与紫外固化胶3共同对芯片形成包覆结构。
所述的用紫外光固化的芯片器件封装工艺，具体操作步骤如下：
(1)将紫外固化胶的原料在室温下搅拌混合均匀后进行抽真空除气泡，形成均匀稳定的紫外固化胶3；所述紫外固化胶原料为MTQ硅树脂、含有苯基的MTQ硅树脂、含有巯基的MTQ硅树脂和光引发剂；其中按质量比组分为80份MTQ硅树脂，16份含有苯基的MTQ硅树脂、4份含有巯基的MTQ硅树脂和2份光引发剂。所述光引发剂为商用光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(184#)和苯偶酰双甲醚(651#)，其中按质量比为1份光引发剂184#、1份光引发剂651#。
(2)将芯片2的电极21以焊锡膏11焊接在铝质的封装基板1上，将紫外固化胶3均匀涂敷在封装基板1和芯片2上，封装基板1和紫外固化胶3对芯片2形成包覆结构且接触良好；
(3)将398nm的近紫外光均匀的照射在紫外固化胶3胶体表面，胶体表面能量密度为68mW/cm2，室温下照射20s后移除近紫外光，胶体固化成型且透光性良好，完成紫外光固化封装工艺。
本实施例中，所用芯片器件的发光波长为392nm和450nm，封装前后的芯片器件发光功率，分别上升了10.0％和11.4％。本实施例中应用紫外光固化封装工艺的器件性能测试数据，如图2所示。
实施例2:
紫外固化胶3的制备，以及涂敷在封装基板和芯片上的工艺步骤，与实施例1中相同。与实施例1的区别在于：
实施例2的紫外固化胶3的原料为MTQ硅树脂和光引发剂，其中按质量比组分为80份MTQ硅树脂，16份含有苯基的MTQ硅树脂、4份含有巯基的MTQ硅树脂、1.5份光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(184#)和1.5份光引发剂苯偶酰双甲醚(651#)。
将398nm的近紫外光均匀的照射在紫外固化胶3胶体表面，胶体表面能量密度为68mW/cm2，室温下照射15s后移除近紫外光，胶体固化成型且透光性良好，完成紫外光固化封装工艺。
本实施例中，所用芯片器件的发光波长为392nm，封装前后的芯片器件的发光功率上升了7.8％，近紫外光照射过程只需15s。本实施例中应用紫外光固化封装工艺的器件性能测试数据，如图3所示。
实施例3：
与实施例1相比，实施例3的紫外固化胶3的原料不同，其他操作相同。
实施例3的紫外固化胶3的原料为MTQ硅树脂和光引发剂，其中按质量比组分为70份MTQ硅树脂，24份含有苯基的MTQ硅树脂、6份含有巯基的MTQ硅树脂、1.5份光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮(184#)和1.5份光引发剂苯偶酰双甲醚(651#)。
将398nm的近紫外光均匀的照射在紫外固化胶3胶体表面，胶体表面能量密度为68mW/cm2，室温下照射15s后移除近紫外光，胶体固化成型且透光性良好，完成紫外光固化封装工艺。
本实施例中，所用芯片器件的发光波长为392nm，封装前后的芯片器件的发光功率上升了5.6％，近紫外光照射过程为15s。本实施例中应用紫外光固化封装工艺的器件性能测试数据，如图4所示。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于，芯片由紫外固化胶和封装基板形成包覆结构，紫外固化胶在室温下经近紫外光照射能快速固化成型，完成封装工艺；
所述紫外固化胶的原料为MTQ硅树脂、含有巯基的MTQ硅树脂、含有苯基的MTQ硅树脂和光引发剂；其中MTQ硅树脂是指由单官能团Si-O单元与三官能团Si-O单元和四官能团Si-O单元聚合形成的一种有机硅树脂。
2.根据权利要求1所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于，所述紫外固化胶的原料中的光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮和苯偶酰双甲醚。
3.根据权利要求1所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于，所述紫外固化胶的原料质量比组分为60-80份MTQ硅树脂、16-32份含有苯基的MTQ硅树脂、4-8份含有巯基的MTQ硅树脂、1-2份1-羟基环己基苯基甲酮和1-2份苯偶酰双甲醚。
4.根据权利要求1所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于将近紫外光均匀的照射在紫外固化胶表面，在室温下照射后移除近紫外光，完成固化。
5.根据权利要求4所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于室温下近紫外光照射时间为60s以内。
6.根据权利要求1所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于，所述芯片器件的结构中，封装基板的上表面与芯片下表面通过固晶工艺紧密接触，芯片的上表面和侧面，与紫外固化胶紧密接触且在接触面不存在气泡。
7.根据权利要求1所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺，其特征在于，所述紫外固化胶原料还包括抗氧阻聚剂。
8.权利要求1-7任一所述用紫外光固化的芯片器件封装工艺制备得到的器件，其结构从下往上依次为封装基板、芯片、紫外固化胶，封装基板与紫外固化胶共同对芯片形成包覆结构。
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